DE19706168A1

DE19706168A1 - Berührungsschalter mit Sensortaste

Info

Publication number: DE19706168A1
Application number: DE19706168A
Authority: DE
Inventors: Nils Platt; Wilfried Schilling; Bernhard Goetz
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-08-20
Also published as: DE29721212U1; DE59803809D1

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Bei vielen elektrischen oder elektrisch gesteuerten Anlagen, Apparaten und Geräten werden anstelle mechanischer Schalter sogenannte Berührungsschalter eingesetzt, die z. B. durch bloße Berührung mit oder Annäherung eines Fingers betätigt werden. Die eigentliche Schaltfunktion wird dabei von elektronischen Schaltern oder Relais ausgeführt, die in Auswirkung der Berührung der Sensortaste des Berührungs schalters angesteuert wird. Diese Schalter werden häufig an Fahrstühlen oder für ähnliche Zwecke eingesetzt. Auch zur Steuerung von Elektrokochgeräten werden sie angewendet. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß insbesondere bei Glaskeramik kochgeräten die Betätigung durch die geschlossene Glaskera mikplatte hindurch erfolgen kann, also keine mechanischen Durchbrüche nötig sind.

Die Sensorelemente bekannter Berührungsschalter sind meist einzeln oder zu mehreren in Form metallisierter Felder auf Platten, beispielsweise in Leiterplatten vorgesehen, die durch Metallfedern an die Unterseite der Abdeckplatte, also beispielsweise eine Hartglas- oder Glaskeramikplatte eines Kochgerätes angedrückt werden. Die Anordnung der Metall federn, die Anpassung der Sensortaste an die Abdeckplatte sowie Montage- und Transportprobleme erschweren die Anwen dung.

AUFGABE UND LÖSUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Berührungsschalter mit einer Sensortaste zu schaffen, der insbesondere einfacher herstellbar und montierbar ist, der insbesondere beim Transport und im Betrieb keine Probleme macht und auch bzgl. der Wirksamkeit verbessert ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Sensortaste ein in sich flexibler, raumformveränderlicher, blockartiger, elek trisch leitender Körper ist. Bevorzugt besteht die Sensor taste aus einem elektrisch leitfähigem Kunststoff- oder Gummimaterial. Besonders bevorzugt besteht sie aus elektrisch leitfähigem Schaumstoff. Es eignen sich dafür insbesondere weichelastische Kunststoffe, Kunstgummi oder Naturgummi, die mit Kohlenstoff- (Ruß-), Metall- oder ähnlichen Einlagerun gen elektrisch leitfähig gemacht sind. Für höhere Temperatu ren sind auch Silicone gut geeignet, die sich, ebenso wie andere weichelastische Kunststoffe, auch gut schäumen lassen. Die Sensortaste braucht also nur ein entsprechend geformtes Stück aus diesem Material zu sein, beispielsweise ein Zylin der, der dann von unten an die Abdeckplatte angedrückt wird. Dabei entsteht der Vorteil, daß die Sensortaste an der Abdeckfläche satt anliegt, auch wenn diese uneben sein sollte. Insbesondere die Unterseiten von Glaskeramikplatten bei Strahlungskochherden haben oft auf der Unterseite eine Profilierung oder Riffelung. Diese würde bei starren Sensor tasten einen die Wirksamkeit verringernden Spalt erzeugen, während die flexible Sensortaste nach der Erfindung sich satt anlegen kann. Die nötige Federwirkung, die ja nur für das Anlegen notwendig ist, ergibt sich aus der Eigenelastizität des Körpers.

Die Sensortaste ist auch leicht anzubringen. Sie kann bei spielsweise mittels eines leitfähigen Klebers oder Doppelkle bebandes angebracht werden, der die Sensortaste z. B. direkt auf einer die elektrischen Schaltungsbauteile für den Berüh rungsschalter enthaltenen Platine festlegt. Auch die Befesti gung über einen an einer solchen Platine angelöteten Stift, der in die Sensortaste hineinragt, ist möglich.

Die Sensortaste kann einen nicht unerheblichen elektrischen Widerstand aufweisen, z. B. bis zum 500 Kiloohm. Sie ist nur einseitig elektrisch angeschlossen und bildet praktisch einen Pol eines Kondensators, der durch den sich nähernden Finger der Bedienungsperson in seiner Kapazität verändert wird. Der unter Umständen nicht unerhebliche elektrische Widerstand des Materials der Sensortaste wirkt sich auf die Eigenschaft des Berührungsschalters eher positiv aus. Dadurch wird bei der kapazitiven Kopplung durch das Glas an den menschlichen Finger eine sehr gute Filterwirkung gegenüber elektrischen Störgrößen erzielt. Dies ist sehr wichtig für die ständig zunehmende EMV-Problematik. Die Filterwirkung wird haupt sächlich gegen die Einstrahlung von HF-Störgrößen erreicht, aber auch eine eigene Störausstrahlung kann dadurch vermieden bzw. verringert werden. Es wird somit ein R-C- und/oder L-C-Fil ter gebildet.

Infolge der satten Anlage an der Abdeckplatte entsteht nur eine geringe Streukapazität.

Die Druckspannung zwischen der Unterlage und der Abdeck platte, die auf die Sensortaste wirkt, sollte im Betrieb aufrechterhalten werden, um die plane Anlage dauerhaft zu gewährleisten.

Obwohl ein kapazitiver Berührungsschalter das bevorzugte Anwendungsgebiet ist, könnte mit der Sensortaste auch ein Berührungsschalter gebildet werden, der durch eine Zusammen drückung der Sensortaste betätigt wird. Dabei kann die Eigenschaft des Materials ausgenutzt werden, daß sich bei Zusammendrückung sich der elektrische Widerstand ändert.

Durch die Beimischung ferritischer Materialien kann die Sensortaste ferritische Eigenschaften bekommen, die den induktiven Widerstandsanteil des Sensors verbessern und dadurch eine weitere Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV-Eigenschaften) bewirkt.

Es ist zu erkennen, daß der Berührungsschalter nach der Erfindung zahlreiche Vorteile aufweist. Sie kann einfach als ein einstückiger Körper hergestellt werden, ist außerordent lich kostengünstig und leicht zu montieren, z. B. durch Klebung oder durch Aufstecken. Jede Sensortaste kann leicht als ein Einzelkörper ausgebildet sein, dessen Plazierung durch seine Unterlage, z. B. die Platine, bestimmt ist. Das erleichtert auch die genaue und spaltfreie Anlage an der Glasunterseite. Dennoch braucht die Federkraft zum Erreichen einer guten satten Anlage nur sehr gering zu sein. Die Oberfläche der Sensortaste ist meist oxidationsfrei und in bezug auf die Wirksamkeit kaum feuchtigkeitsempfindlich. Gerade auch bei Anwendungen im Elektrowärmebereich ist es ein Vorteil, daß das Sensorelement selbst gute thermische Dämm eigenschaften hat. Es schützt also die Elektronik vor unzu lässiger Erwärmung auch bei einer Fehlplazierung eines heißen Kochgefäßes auf der Sensorfläche.

Weitere Vorteile ergeben sich bei der Montage. Die einzelnen Sensortasten können z. B. Montageautomaten in Stangenform zugeführt und an Ort und Stelle abgelängt werden. Aber auch die gegurtete oder als Schüttgut vorliegende Form ist leicht zu montieren, auch in Montageautomaten. Ferner könnte die Sensortaste auf einer die Klebeschicht abdeckenden Schutz folie der Montage zugeführt werden. Der Transport sowohl während als auch nach der Montage des Berührungsschalters wird durch die fehlenden sperrigen Metallfedern vereinfacht.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 den senkrechten Schnitt durch eine Glaskera mikplatte mit darunter angeordnetem Berüh rungsschalter-Feld,

Fig. 2 einen eine Sensortaste bildenden Körper im nichtmontierten Zustand (Seitenansicht und Draufsicht);

Fig. 3 bis 6 Sensortasten im Einbauzustand, jeweils in Seitenansicht (bzw. -schnitt) und Draufsicht und

Fig. 7 Ersatzschaltbild einer Sensortaste.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Teil eines Kochgerätes 11 mit einer Glaskeramikplatte 12, unter der eine Steuer- oder Regeleinheit 13 angeordnet ist. Die Einheit 13 enthält elektronische und/oder elektromechanische Bauelemente 14 von Berührungsschaltern 15, Anzeigeeinrichtungen 16, 17 und andere Elemente, die für die Berührungsschalter und/oder andere Regel- und Steuergeräte für das Elektrokochgerät vorgesehen und ggf. zu Mehrzweck-Baugruppen zusammengefaßt sind.

In einem die Steuer- und Regeleinheit 13 gegen die übrige, Strahlheizkörper enthaltende Unterseite der Glaskeramikplatte abschirmenden Gehäuse 18 sind parallel zueinander zwei Platinen 19, 20 mittels Haltern 21 parallel zur Glaskeramik platte 12 angeordnet. Sie sind als elektrische Leiterplatten ausgebildet und enthalten auf ihren voneinander abgekehrten Seiten, d. h. auf der Unterseite der unteren Leiterplatte 19 und auf der Oberseite der oberen Leiterplatte 20, die Bauele mente 14, und zwar vorzugsweise auf der unteren Leiterplatte die größeren Bauelemente, wie beispielsweise Relais oder größere Kondensatoren, und auf der Oberseite kleinere Bauele mente, die beispielsweise mittels SMD-Technik aufgebracht sein können. Ferner sind auf der Oberseite die Anzeigeelemen te vorgesehen, so eine Zahlenanzeige 16, beispielsweise ein 7-Segment-Display, und Leuchtdioden 17. Die Leiterebenen der beiden Platinen sind durch Flachkabel 22 oder andere Verbin dungselemente miteinander verbunden. Ein elektrisch isolie rendes Zwischenplättchen 40 kann zwischen den Platinen 19, 20 angeordnet sein.

Die obere Platine 20 weist an den zur Betätigung vorgesehenen Stellen metallische, mit den Leiterbahnen zusammen aufge brachte Kontaktflächen 23 auf, auf denen Sensortasten 24 angebracht sind. Die Sensortasten 24 tragende Kontaktflächen 23 können auch an anderen Bauteilen, die nicht zur Auswer tungsschaltung gehören, vorgesehen sein. Die Sensortasten 24 bestehen aus z. B. zylindrischen Körpern eines flexiblen, raumformveränderlichen, blockartigen, elektrisch leitfähigen Körpers, wie er auch in den Fig. 2 bis 6 dargestellt ist.

Der Körper der Sensortaste 24 kann aus flexiblem, also weichelastischem Kunststoff oder Gummi bestehen, vorzugsweise in geschäumter Form, wobei das Material durch Einlagerungen elektrisch leitfähiger Materialien, beispielsweise Graphit (Ruß), Metallpulver oder anderer Medien elektrisch leitfähig gemacht ist. Fig. 1 zeigt auf der linken Seite, daß eine Sensortaste 24 mit einem in die Leiterplatte eingelöteten Stift 25 befestigt ist, der in ein vorbereitetes Loch 26 in der Sensortaste eingesteckt ist und sie festlegt. Bei einem weicheren Schaumstoff könnte auch in das volle Material hineingestochen werden. Dieser Stift kann auch gleichzeitig den elektrischen Anschluß sicherstellen oder verbessern. Etwa in der Mitte von Fig. 1 ist eine Sensortaste 24 dargestellt, die mittels eines leitfähigen Klebers 27 auf der Kontakt fläche 13 festgeklebt ist. Dies könnte auch ein leitfähiges doppelseitiges Klebeband sein.

Fig. 2 zeigt eine Sensortaste 24 vor ihrer Montage und Anbringung unter der Abdeckplatte 12. Sie ist in diesem Falle ein kreiszylindrischer Körper, der mit einer seiner Stirn flächen auf die Kontaktfläche aufgebracht werden kann, während die gegenüberliegende Stirnseite an der Unterseite einer Abdeckplatte anliegen kann.

Fig. 3 zeigt die Sensortaste 24 im Einbauzustand. Man er kennt, daß sie sich, weil sie unter einer gewissen Druckspan nung an die Abdeckplatte 12 angelegt wird, tonnenförmig verformt. Die Andrückung kann unter konstanter Federkraft oder mit konstantem Abstand erfolgen. Wegen der guten Feder wirkung des Materials der Sensortaste ist in jedem Falle eine ausreichende Wirkung sichergestellt

Fig. 4 zeigt eine Sechseck-Ausführung, d. h. der Grundkörper hat die Form eines Zylinders mit sechseckiger Grundfläche. Dementsprechend erhält die Sensortaste 24 eine sechseckige Tonnenform bei ihrem Einsatz.

Fig. 5 zeigt eine Ausführung einer aus zwei Feldern bestehen den Sensortaste. Der innere Abschnitt der Sensortaste 24a hat eine abgerundet quadratische Form und stellt die eigentliche Schalt-Taste dar, während ein diesen Abschnitt umgebender, im vorliegenden Fall quadratisch ringförmiger Abschnitt 24b eine Schaltfläche für einen sogenannten Überlaufschutz bildet. Um zu vermeiden, daß ein über die Berührungstaste hinweggescho bener oder geführter Gegenstand sie betätigt, ist die Auswer tungsschaltung so vorgesehen, daß eine gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Betätigung beider Bereiche 24a, 24b nicht zu einer Schaltung führt. Nur eine gezielte Berührung mit einem Finger in der Mitte, d. h. eine Betätigung nur der Schaltfläche 24a führt zu einem Schaltergebnis. Auch diese Ausführung läßt sich mit der Sensortaste nach der Erfindung problemlos ausführen. Hier wäre es z. B. möglich, die gesamte Anordnung 24a, 24b oder andere speziell geformte oder ange ordnete Abschnitte auf einer Folie vorzusehen, die bei der Aufbringung abgezogen wird.

Fig. 6 zeigt eine im Querschnitt kreisförmige, jedoch in der Seitenansicht etwa pilzförmige Ausführung einer Sensortaste. Bei ihr ist die obere Sensorfläche 28 größer als die untere Anbringungsfläche 29, so daß die Sensortaste etwa eine Pilzform hat. Hierdurch wird Platz auf der Platine 20 gespart und andere Schaltungsbauteile können auch unter den "Pilz kopf" ragen.

Fig. 7 zeigt das Ersatzschaltbild einer Sensortaste 24, das aus einer Serienschaltung eines durch den Widerstand in dem Körper der Sensortaste gebildeten Ersatzwiderstandes 33 und eines induktiven durch die Volumenausdehnung der Sensortaste entstehenden bzw. vergrößerten Widerstandes 34 besteht, zu der noch die Parallelkapazität 35 parallel geschaltet ist.

Aus dem Ersatzschaltbild wird deutlich, daß die besondere Ausformung der Sensortaste 24 weitere Vorteile bildet. Der Ersatzwiderstand 33 dämpft Störeinflüsse von außen auf die Sensortaste. Die gleiche Wirkung zeigt der induktive Wider stand 34, der durch die Beimischung ferritischer Materialien in der Sensortaste 24 erhöht werden kann und ebenso Störein flüsse dämpft. Die Tatsache, daß die Sensortaste ein Körper mit einem erheblichen Volumen ist, verbessert dessen EMV-Ei genschaften deutlich.

FUNKTION

Zum Aufbau eines Kochgerätes wird in eine Blechmulde, d. h. eine flache Blechschale eine Anzahl von ihrerseits in flachen Blechschalen enthaltenen elektrischen Strahlungsheizkörpern eingelegt und mittels Federn an der Unterseite einer die Kochmulde überdeckenden Glaskeramikplatte 12 angedrückt. Ein Bereich der Glaskeramikplatte ist unbeheizt. In diesem Bereich ist die Steuer- und Regeleinheit 13, von dem eigenen Gehäuse 18 umschlossen, angeordnet. Durch ein entsprechendes Dekor der Glaskeramikplatte sind Schaltfelder für den Berüh rungsschalter ausgespart bzw. durch entsprechende Einfärbung markiert. Ebenso sind nicht dekorierte Felder für die Anzei geelemente 16, 17 vorgesehen.

Zur Betätigung des Kochgerätes, und zwar entweder zur Ein schaltung und/oder zur Einstellung eines bestimmten Lei stungswertes berührt der Benutzer mit seinem Finger 30 ein Sensorfeld 31, das als Aussparung in dem strichliert gezeig ten Dekor 32 der Glaskeramikplatte angedeutet ist, das auf der Unter- oder Oberseite vorgesehen sein kann. Durch die damit erzeugte Kapazitätsänderung an der Sensortaste 24, die elektrisch an die Platine und damit an die Auswerteschaltung des Berührungsschalters 15 angeschlossen ist, wird die Schaltung ausgelöst. Als Auswertungsschaltung kann eine übliche Schaltung eines Berührungsschalters verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist eine in der hiermit gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung A 31 348 mit dem Titel "Schaltungsanordnung für ein Sensorelement" gezeigte und beschriebene Schaltung. Das Ergebnis der Schaltung wird dem Benutzer über eine dadurch ausgelöste Änderung des in der Anzeige 16 angezeigten Zahlenwertes oder die Leuchtdiode 17 angezeigt.

Es ist zu erkennen, daß die Erfindung eine kompakte Bauweise und Integration der Sensorschalter in die Schaltung ermög licht. So kann beispielsweise die Anzeige 16 zwischen den einzelnen Sensortasten angebracht werden, ohne daß eine die Sensortasten tragende Platine die Anzeige behindert. Bevor zugtes Anwendungsgebiet ist das der Elektrokoch- und Wärme geräte. Es ist jedoch auch möglich, die Erfindung bei anderen Berührungsschaltern anzuwenden, wobei die Abdeckplatte 12 dort beispielsweise von dem Frontpanel eines Betätigungsfeld des gebildet wird, das in beliebiger Lage angeordnet sein kann.

Claims

1. Berührungsschalter mit einer Sensortaste, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensortaste (24) ein in sich flexibler, raumformveränderlicher, blockartiger, elek trisch leitfähiger Körper ist.

2. Berührungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Sensortaste (24) unter einer Abdeckplatte (12) angeordnet ist, insbesondere unter einer Hartglas- oder Glaskeramikplatte eines Kochgerätes (11), und an diese angedrückt ist.

3. Berührungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Sensortaste (24) eine an die Form der Platte (12) anpaßbare Oberfläche aufweist.

4. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensortaste (24) elektrisch leitfähiges Kunststoff- oder Gummimaterial enthält.

5. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensortaste (24) hauptsächlich aus elektrisch leitfähigem Schaumstoff besteht.

6. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensortaste (24) auf einer Kontaktfläche (23) einer Unterlage, ggf. einer elektrische Schaltungsbauteile eines oder bevorzugt mehrerer Berührungsschalter aufnehmenden Platine (20), angebracht ist.

7. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensortaste (24) mittels eines ggf. leitfähigen Klebers (27) oder Doppel klebebandes an ihrer Kontaktfläche (23) und/oder einer Platte (12), unter der sie angeordnet ist, angebracht ist.

8. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensortaste nur einen elektrischen Anschluß aufweist.

9. Berührungsschalter nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensortaste (24) zwischen der Abdeckplatte (12) und der Unterlage (20) unter es vorspannender Druckspannung gehalten ist.

10. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensortaste (24) einen elektrischen Widerstand im Bereich von 0 bis 500 Kiloohm zwischen seiner Kontaktierung und seine davon am weitesten entfernten Ende aufweist.

11. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensortaste (24) auf einen Kontakt- und/oder Befestigungsstift (25) aufgesteckt ist.

12. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Sensortaste (24) einen von einer Formänderung, insbeson dere einer Zusammendrückung, abhängigen elektrischen Widerstand aufweist.

13. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Sensortaste (24) ferritische Eigenschaften aufweist, z. B. durch Beimischung ferritischer Materialien.

14. Berührungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensortaste (24) ein einstückiger Körper ist.